CN113791005A - 测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验装置及方法，其中装置包括绝缘介质、缓冲气体、质量流量控制器、充气室、测量室、质谱仪、固定装置、待测材料、气压表、真空泵、尾气收集装置、若干个开关阀和若干条气管；绝缘介质和缓冲气体分别装在不同的容器内并通过气管连接到充气室，待测材料通过固定装置固定在充气室和测量室之间。尾气收集装置和真空泵分别通过气管连接到测量室，真空泵还通过气管连接到充气室。每条气管上都安装有开关阀。本发明提出了一种相容性的方法，更加有效的验证绝缘介质与密封橡胶材料的相容性。

Description

测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种绝缘介质试验装置，特别涉及一种测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验装置及方法。

背景技术

SF₆(六氟化硫)是一种无色、无臭、无毒、不燃的稳定气体，该气体在电气设备中的使用约占开关设备用气量总量的80％以上。然而SF₆是一种公认的对环境有较大危害的温室气体，其温室效应潜在值是CO₂的23500倍，在大气中存活超过3200年。美国加州提出从2020年开始逐年降低电气领域中SF₆的使用量，欧盟计划在2030年将SF₆排放量缩减到2014年的2/3。2017年，中国政府在《巴黎协定》中承诺，到2030年单位国内生产碳排放比2005年下降60％到65％。因此，寻找环境友好型气体作为绝缘介质在电气设备中的使用已经成为电力行业的研究热点和难点。

目前，主要研究新型环保绝缘介质有C₄F₇N、C₅F₁₀O和C₆F₁₂O等。针对新型环保绝缘介质的研究涉及到绝缘性能、局部放电特性以及材料相容性等内容。其中，环保绝缘介质与密封橡胶材料的相容性研究对于电力设备安全运行十分重要，若环保绝缘介质或其分解产物会腐蚀密封橡胶材料，则会导致设备的损坏、气体泄露，造成安全隐患和经济损失。因此研究环保绝缘介质与密封橡胶材料的相容性非常重要。

若绝缘介质在电气设备中使用，密封橡胶材料对绝缘介质的密封性能较低，则会导致绝缘介质扩散至外界，则会影响绝缘介质的绝缘性能。因此需要一个装置能够进行模拟实验，检测绝缘介质在密封橡胶材料中的扩散情况。但目前对于密封橡胶材料与绝缘介质的相容性试验装置，并没有针对绝缘介质在密封橡胶材料中的扩散试验装置。

因此，针对绝缘介质在密封橡胶材料中的扩散问题，设计一种测量绝缘介质在密封橡胶材料中扩散程度的实验装置，弥补现在缺少针对绝缘介质在密封橡胶材料中扩散的实验装置，为相容性试验提供一种更可靠、方便的研究方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验装置及方法，法弥补了现有技术中相容性试验研究的不足的缺点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供一种测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验装置，包括绝缘介质、缓冲气体、质量流量控制器、充气室、测量室、质谱仪、固定装置、待测材料、气压表、真空泵、尾气收集装置、若干个开关阀和若干条气管；所述绝缘介质和所述缓冲气体分别装在不同的容器内，与绝缘介质的容器连接的第一气管和与缓冲气体的容器连接的第二气管汇合后通到所述充气室，汇合气管上安装质量流量控制器所述和一个开关阀；所述第一气管和与所述第二气管上各自安装一个开关阀；所述真空泵通过第三气管连接到所述充气室，通过所述第四气管连接到测量室；所述第三气管和所述第四气管上各安装一个开关阀和一个气压表；所述待测材料通过固定装置固定在充气室和测量室之间；所述尾气收集装置通过所述第五气管连接到所述测量室；所述充气室中安装质谱仪。

进一步的，所述的测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验装置还包括加热装置，所述加热装置包括炉式加热箱、PID温控器、加热丝和温度传感器；装有所述绝缘介质的容器、所述PID温控器、所述加热丝和所述温度传感器置于所述炉式加热箱内，所述加热丝与所述温度传感器贴合，所述加热丝和所述温度传感器通过导线与所述PID控制器相连，通过所述PID控制器控制所述加热丝对液态的绝缘介质进行加热。

进一步的，所述充气室和所述测量室是由不锈钢材料制成。

进一步的，所述缓冲气体包括CO₂、N₂或干燥的空气。

进一步的，所述质量流量控制器和质谱仪用于控制充入充气室内的绝缘介质的浓度。

进一步的，所述固定装置由法兰夹板和螺丝组成，所述待测材料安装在所述法兰夹板上，并用所述螺丝进行紧固。

第二方面，本发明提供一种测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验方法，包括如下步骤：

利用法兰夹板将待测材料固定在测量室和充气室之间，并通过螺丝调节松紧，关闭测量室；

使用真空泵将充气室和测量室抽成真空，通过气压表观看室内的气压值；

打开绝缘介质的气瓶开关阀，往充气室内充入绝缘介质，通过质量流量控制器控制绝缘介质的浓度，再充入缓冲气体；

当测量室的气压值和充气室的气压值相对稳定后，记录此时测量室和充气室的气压值、试验前绝缘介质的浓度C₁；

试验结束后，计算绝缘介质在待测橡胶样品中的扩散系数，计算公式为：

公式中P_H为充气室内注入混合气体的气压值；A为待测样品的面积；d为待测样品的厚度；C₀为试验后绝缘介质的浓度。

进一步的，所述的测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验方法还包括将液态绝缘介质加热为气体再充入充气室。

进一步的，还包括试验前的准备和洗气步骤，具体为：

使用无水乙醇对充气室和测量室内部进行擦拭，待自然风干后，密封充气室和测量室，然后充入一定量的缓冲气体静置一段设定时间，检查其气密性；

将待测材料放入法兰夹板中固定，对充气室内充入缓冲气体，再利用真空泵抽真空，上述操作反复完成3次。

本发明的测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验装置及方法，提出了一种相容性的方法，更加有效的验证绝缘介质与密封橡胶材料的相容性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验装置的组成示意图；

图2为本发明的测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验方法的步骤图。

附图标记说明如下：

1：炉式加热箱，2：绝缘介质，3：PID温控器，4：加热丝，5：温度传感器，6：缓冲气体，7：开关阀，8：气管，9：气压表，10：真空泵，11：充气室，12：测量室，13：质谱仪，14：法兰夹板，15：螺丝，16：待测材料，17：尾气收集装置，18：质量流量控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

本发明的测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验装置，如图1所示，包括绝缘介质2、缓冲气体6、质量流量控制器18、充气室11、测量室12、质谱仪13、由法兰夹板14和螺丝15组成的固定装置、待测材料16、气压表9、真空泵10、尾气收集装置17、若干个开关阀7和若干条气管8。绝缘介质2和缓冲气体6分别装在不同的容器内，与绝缘介质2的容器连接的第一气管和与缓冲气体6的容器连接的第二气管汇合后通到充气室11，汇合气管上安装质量流量控制器18和一开关阀。第一气管和与第二气管上各自安装一个开关阀。真空泵10通过第三气管连接到充气室11，通过第四气管连接到测量室12。第三气管和第四气管上各安装一个开关阀和一个气压表。待测材料16通过固定装置固定在充气室11和测量室12之间。尾气收集装置17通过第五气管连接到测量室12。充气室11中安装质谱仪13。

两个气压表分别测量充气室和测量室的气压值。

进一步的，对于常温下为液态的绝缘介质，还需要通过一个加热装置将绝缘介质气化后再充入充气室。所述加热装置包括炉式加热箱1、PID温控器3、加热丝4和温度传感器5。装有绝缘介质的容器、PID温控器3、加热丝4和温度传感器5置于炉式加热箱1内，加热丝4与温度传感器5紧密贴合，加热丝4和温度传感器5通过导线与PID控制器3相连，因此，可以通过PID控制器控制加热丝对绝缘介质进行加热。

进一步的，缓冲气体包括CO₂、N₂或干燥的空气。

进一步的，温度传感器5为负反馈温度传感器。

充气室和测量室是由不锈钢材料制成，防止被气体腐蚀。

所述充气室和测量室安装有气压表，并且连接有开关阀的抽气通道。

所述充气室和测量室安装有质量流量控制器和质谱仪，控制充入充气室内的绝缘介质的浓度。

所述实验装置可以测试绝缘介质在密封橡胶材料中扩散，并且可以计算出绝缘介质在密封橡胶材料中的扩散系数。

所述实验装置包含尾气收集装置，实验完成后，将尾气进行收集。

该装置的具体使用步骤如下：

(1)试验前准备

首先使用酒精棉蘸取无水乙醇对试验装置11和12内部进行擦拭，待自然风干后，密封实验装置，然后充入一定量的背景气体静置24小时，检查其气密性；

(2)洗气

其次，将待测橡胶材料16放入法兰夹板15中固定，对所需充气的试验设备进行洗气操作，对充气室11内充入背景气体6，再利用真空泵10抽真空，上述操作反复完成3次后，最后将装置内抽成真空状态，根据气压表9记录此时室内的气压值，再进行下一步操作；

(3)充气

打开绝缘介质的气瓶开关阀2，往充气室11内充入绝缘介质。若绝缘介质液化温度较高，如C₆F₁₂O常温下是液态，则需要打开加热装置1中的PID温控器3，使得C₆F₁₂O气化再充入充气室11内。再打开开关阀，通过流量质量控制器18控制充入充气室内的绝缘介质的浓度，再通过气管8将缓冲气体充入充气室11内，记录此时绝缘介质的浓度。

(4)静置

当充气室11和测量室12中的气压值保持稳定后，根据质谱仪13记录此时的绝缘介质的浓度，再根据公式计算出绝缘介质在密封橡胶材料中的扩散系数。

本发明的测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验方法，包括如下步骤：

步骤S1、利用法兰夹板将待测材料固定在测量室和充气室之间，并通过螺丝调节松紧，关闭测量室。

步骤S2、使用真空泵将充气室和测量室抽成真空，通过气压表观看室内的气压值。

步骤S3、打开绝缘介质的气瓶开关阀，往充气室内充入绝缘介质，通过质量流量控制器控制绝缘介质的浓度，再充入缓冲气体。

步骤S4、当测量室的气压值和充气室的气压值相对稳定后，记录此时测量室和充气室的气压值、试验前绝缘介质的浓度C₁。

步骤S5、试验结束后，计算绝缘介质在待测橡胶样品中的扩散系数，计算公式为：

公式中P_H(单位：Pa)为充气室内注入混合气体的气压值，范围优选为0.1-0.2MPa；A为待测样品的面积，范围优选为1-3cm²；d为待测样品的厚度，范围优选为0.05-0.2cm；C₀为试验后绝缘介质的浓度。

进一步的，如果绝缘介质为液态，还包括将液态绝缘介质加热为气体再充入充气室。如C₆F₁₂O常温下是液态，则需要打开加热装置，让C₆F₁₂O气化再充入充气室内。

优选的，本发明的测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验方法，还包括试验前的准备和洗气步骤，具体为：

使用无水乙醇对充气室11和测量室12内部进行擦拭，待自然风干后，密封充气室和测量室，然后充入一定量的缓冲气体6静置24小时，检查其气密性；

将待测材料16放入法兰夹板15中固定，对充气室11内充入缓冲气体6，再利用真空泵10抽真空，上述操作反复完成3次。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验装置，其特征在于，包括绝缘介质、缓冲气体、质量流量控制器、充气室、测量室、质谱仪、固定装置、待测材料、气压表、真空泵、尾气收集装置、若干个开关阀和若干条气管；所述绝缘介质和所述缓冲气体分别装在不同的容器内，与绝缘介质的容器连接的第一气管和与缓冲气体的容器连接的第二气管汇合后通到所述充气室，汇合气管上安装质量流量控制器所述和一个开关阀；所述第一气管和与所述第二气管上各自安装一个开关阀；所述真空泵通过第三气管连接到所述充气室，通过所述第四气管连接到测量室；所述第三气管和所述第四气管上各安装一个开关阀和一个气压表；所述待测材料通过固定装置固定在充气室和测量室之间；所述尾气收集装置通过所述第五气管连接到所述测量室；所述充气室中安装质谱仪。

2.根据权利要求1所述的测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验装置，其特征在于，还包括加热装置，所述加热装置包括炉式加热箱、PID温控器、加热丝和温度传感器；装有所述绝缘介质的容器、所述PID温控器、所述加热丝和所述温度传感器置于所述炉式加热箱内，所述加热丝与所述温度传感器贴合，所述加热丝和所述温度传感器通过导线与所述PID控制器相连，通过所述PID控制器控制所述加热丝对液态的绝缘介质进行加热。

3.根据权利要求1或2所述的测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验装置，其特征在于，所述充气室和所述测量室是由不锈钢材料制成。

4.根据权利要求1或2所述的测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验装置，其特征在于，所述缓冲气体包括CO₂、N₂或干燥的空气。

5.根据权利要求1或2所述的测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验装置，其特征在于，所述质量流量控制器和质谱仪用于控制充入充气室内的绝缘介质的浓度。

6.根据权利要求1或2所述的测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验装置，其特征在于，所述固定装置由法兰夹板和螺丝组成，所述待测材料安装在所述法兰夹板上，并用所述螺丝进行紧固。

7.测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

利用法兰夹板将待测材料固定在测量室和充气室之间，并通过螺丝调节松紧，关闭测量室；

使用真空泵将充气室和测量室抽成真空，通过气压表观看室内的气压值；

打开绝缘介质的气瓶开关阀，往充气室内充入绝缘介质，通过质量流量控制器控制绝缘介质的浓度，再充入缓冲气体；

当测量室的气压值和充气室的气压值相对稳定后，记录此时测量室和充气室的气压值、试验前绝缘介质的浓度C₁；

试验结束后，计算绝缘介质在待测橡胶样品中的扩散系数，计算公式为：

公式中P_H为充气室内注入混合气体的气压值；A为待测样品的面积；d为待测样品的厚度；C₀为试验后绝缘介质的浓度。

8.根据权利要求7所述的测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验方法，其特征在于，还包括将液态绝缘介质加热为气体再充入充气室。

9.根据权利要求7或8所述的测量绝缘介质在密封橡胶中扩散程度的试验方法，其特征在于，还包括试验前的准备和洗气步骤，具体为：

使用无水乙醇对充气室和测量室内部进行擦拭，待自然风干后，密封充气室和测量室，然后充入一定量的缓冲气体静置一段设定时间，检查其气密性；

将待测材料放入法兰夹板中固定，对充气室内充入缓冲气体，再利用真空泵抽真空，上述操作反复完成3次。

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